MSCT軸向分辨力和圖像噪聲影響因素分析

董曉軍，聶婷，陳宗桂，易文中

1.湖南醫(yī)藥學(xué)院，湖南懷化418000；2.懷化市第一人民醫(yī)院影像中心，湖南懷化418000

前 言

多排螺旋CT（MSCT）技術(shù)是傳統(tǒng)斷層成像技術(shù)新的突破，是在病人進(jìn)行X 射線勻速掃描時，X 射線運(yùn)動軌跡和運(yùn)動床速度形成一條螺旋線，稱為螺旋掃描，與常規(guī)CT 掃描有著截然的區(qū)別［1-2］。做好MSCT影像質(zhì)量控制、提高圖像質(zhì)量，對其圖像噪聲、軸向分辨力進(jìn)行測試和評價(jià)顯得非常重要，有利于MSCT 在臨床診斷工作中更好地發(fā)揮性能［3-4］。本研究對MSCT的軸向分辨力和噪聲進(jìn)行測試，并分析不同參數(shù)下軸向分辨力和圖像噪聲的影響因素。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

GE 公司64 排CT，測試體模是美國體模實(shí)驗(yàn)室研制的，斷層靈敏度曲線（SSP）測試體模和螺旋CT病灶檢測體模見圖1和圖2。

圖1 SSP測試體模，內(nèi)嵌金屬絲（箭頭）Fig.1 SSP test phantom,embedded with wires(arrow)

圖2 螺旋CT病灶檢測體模，箭頭指示不同對比度和直徑的模擬病灶Fig.2 Spiral CT lesion detection phantom and simulated lesions with different contrasts and diameters(arrow)

1.2 方法

1.2.1 測試方法在64 排螺旋CT 機(jī)上，采用固定的毫安秒（mAs）大小對各測試體模分別進(jìn)行掃描，掃描條件為腹部標(biāo)準(zhǔn)掃描。

1.2.2 軸向分辨力測試SSP 的半高寬（FWHM）是SSP 1/2最高幅值所對應(yīng)曲線上兩點(diǎn)間平行于橫坐標(biāo)的距離。臨床上應(yīng)用其表示縱軸分辨力反映的實(shí)際斷層厚度。掃描時將檢測體模固定于CT 檢查床中心，測試條件為120 kV，380 mAs；掃描野200 mm；螺距：0.60、0.75、1.00、1.50 mm，準(zhǔn)直器寬度：32.0 mm×0.6 mm、24.0 mm×1.2 mm，卷積重建算法：平滑、標(biāo)準(zhǔn)、銳化；重建層厚0.60、0.75、1.00、1.50、2.00 mm。以每組圖像所有測試值中的最大值歸一處理后作為縱坐標(biāo)，以對應(yīng)圖像所在的軸位作為螺旋CT 掃描的橫坐標(biāo)，在此縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)上將各點(diǎn)有順序地連接起來得到一條曲線，即為SSP。

1.2.3 圖像噪聲測試掃描參數(shù)使用臨床常用的腹部掃描模式，參數(shù)設(shè)置為：層厚0.6、1.0、3.0、5.0、7.0、10.0 mm；視野（FOV）：100 mm×100 mm、150 mm×150 mm、200 mm×200 mm；螺距：1.50、1.25、1.00、0.75、0.50 mm；mAs：100、160、200；管電壓：80、100、120、140 kV；重建算法：B30、B40smooth、B60、B70sharp。應(yīng)用噪聲測試的體膜上圓形感興趣區(qū)對不同參數(shù)下的圖像噪聲進(jìn)行檢測，同時對檢測結(jié)果進(jìn)行記錄分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0 軟件對不同參數(shù)下斷層圖像SSP和圖像噪聲等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)數(shù)資料以率（%）表示，采用χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 SSP測試結(jié)果

當(dāng)螺距和準(zhǔn)直器寬度保持不變，不同層厚和重建算法得到的SSP 的FWHM 基本保持不變（P＞0.05,表1）；當(dāng)重建算法和準(zhǔn)直器寬度保持不變，不同螺距和層厚得到的SSP 的FWHM 基本保持不變（P＞0.05,表2）；不同準(zhǔn)直器寬度，同螺距和層厚得到 的SSP 的FWHM 基本保持不變（P＞0.05,表2～3）。

表1 不同重建算法和層厚的SSP的FWHM（mm）Tab.1 Full-width at half-maximum(FWHM)of slice sensitivity profiles(SSP)obtained by different reconstruction algorithms and reconstructed thicknesses(mm)

表2 不同螺距和層厚的SSP的FWHM（mm）Tab.2 FWHM of SSP obtained by different pitches and reconstructed thicknesses(mm)

2.2 圖像噪聲測試結(jié)果

隨著層厚、mAs 的增加，圖像噪聲減小（P＜0.05,表4）；隨著kV 增加，圖像噪聲隨之減小，不同重建算法檢測到的圖像噪聲存在顯著差異（P＜0.05,表5）。

表3 不同螺距和層厚的SSP的FWHM（mm）Tab.3 FWHM of SSP obtained by different pitches and reconstructed thicknesses(mm)

表4 不同mAs和層厚的圖像噪聲比較Tab.4 Comparison of image noises at different mAs and reconstructed thicknesses

表5 不同重建算法、管電壓的圖像噪聲Tab.5 Comparison of image noises at different pitches and tube voltages

3 討論

傳統(tǒng)X 線圖像是X 線束穿透某一部位的不同密度和厚度組織結(jié)構(gòu)后的投影總和，是該穿透路徑上各組織結(jié)構(gòu)投影相互疊加在一起的影像［5］。CT 圖像從根本上克服了傳統(tǒng)X線影像重疊的弊病，從而使醫(yī)學(xué)影像學(xué)有了一個飛躍［6］。

通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，MSCT圖像質(zhì)量評價(jià)參數(shù)與常規(guī)軸向CT 的圖像質(zhì)量評價(jià)參數(shù)大致相同［7-8］。同時有學(xué)者將螺旋CT 掃描的平面設(shè)置為X-Y 平面，其中進(jìn)行檢查所用床的運(yùn)動方向?yàn)殚L軸，用Z 表示，發(fā)現(xiàn)MSCT 在Z 軸上的圖像分辨率高低對圖像質(zhì)量的影響大于常規(guī)軸向CT［9-10］。影響MSCT 在Z 軸上的圖像分辨率大小的主要因素是重建斷層厚度，得到了國際上公認(rèn)。目前要對重建斷層厚度進(jìn)行評價(jià)的方法主要是測量其斷層SSP［11］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)螺距、重建算法、準(zhǔn)直器寬度對SSP雖然有一定影響，但不會對MSCT 掃描得到的圖像質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。本研究結(jié)果證明螺距、重建算法、準(zhǔn)直器寬度對圖像分辨力影響較小，不會對SSP的大小和形狀造成較大影響，且FWHM與設(shè)定的重建層厚基本保持一致。

同一結(jié)構(gòu)或組織的CT 值在若干平均值范圍上下隨機(jī)分布，這種隨機(jī)漲落叫噪聲［12］。噪聲的來源及影響因素很多，如探測器接受的光子數(shù)目、X 線管電流、探測器的轉(zhuǎn)換率、重建矩陣與像素大小等［13-18］。本研究結(jié)果顯示，螺距對圖像噪聲影響很小，而層厚、重建算法、mAs、kV 對圖像噪聲影響大，且層厚、mAs、kV 增大，圖像噪聲減小，重建算法分辨率越高，圖像噪聲越大。分析其原因：重建層厚不同，相應(yīng)的模體檢測到的圖像噪聲大小也不一致。重建層厚越大，模體檢測到圖像噪聲越小，反之則越大［19］。圖像噪聲與探測器接受的有效光子數(shù)成反比。研究發(fā)現(xiàn)mAs 降低，探測器接受的有效光子數(shù)減少，圖像的噪聲越大，反之，圖像噪聲減小。當(dāng)管電壓提高或者不變的情況下，射線穿透力增加，從而使圖像噪聲減小。李金礦等［20］報(bào)道既往CT 掃描診斷工作中只采用單一的管電壓120 kV，而在腰椎或顱底CT 掃描過程中采用管電壓＞120 kV，圖像噪聲更小，獲得的圖像質(zhì)量更佳。

綜上所述，MSCT掃描中，卷積重建算法、螺距和準(zhǔn)直器寬度對SSP的影響很小，螺距對圖像噪聲影響很小，而層厚、重建算法、mAs、kV 對圖像噪聲影響大。層厚、mAs、kV 增大，圖像噪聲減?。恢亟ㄋ惴ǚ直媛试礁?，圖像噪聲越大。